文献综述

1.课题的背景与意义

开关磁阻电动机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是20世纪80年代发展的一种电机。开关磁阻电动机调速系统（Switched Reluctance Drive，简称SRD）是继交、直流电机调速系统之后发展的一种新型调速控制系统。相比于其他调速控制系统，开关磁阻电机有着诸多优势，以其体积小、重量轻、效率高、成本低、可靠性高、调速范围宽，得到日益广泛的关注、研究和应用。

轴向磁通开关磁阻电动机的转子、定子、转子极、定子极均沿轴向分布。首先，由于定子和转子的位置关系由径向变为轴向，轴向上拉开距离，径向上尺寸减小，转子径向没有限制，只需同定子在轴向构成磁通回路，能量传输方式转为轴向传输，电机散热性能提高。其次，采用轴向磁通能够增加气隙面积，提高电机输出转矩^[1]。

模糊PID算法是一种模糊控制理论与PID算法结合的控制理论，即根据一定的模糊规则，采用模糊逻辑算法对PID控制的比例、微分、积分系数实时优化，以满足不同时刻对PID参数自整定的要求,提高控制精度，增强适应能力^[2]。SRD是一个复杂的、时变的、多变量、非线性系统^[3]。如果使用常规的PID控制器，无法根据不同的电机运行状况调整参数。故本课题搭建变比例因子的模糊PID控制模型，以提高系统的多方面性能。

2.课题的国内外研究现状的介绍以及应用

80年代初，随着电子技术、数字技术、光电技术、控制技术、电磁理论的迅速发展，开关磁阻电动机以结构简单，运行可靠等特点^[4]，相比直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统和交流电机调速系统，有其独特的优势，引起学者和商家的广泛关注^[5]。

开关磁阻电动机在国外的研究较早，可追溯至19世纪40年代。1842年，英国的Aberdeen和Dafidson利用两个U型电磁铁制造出了由蓄电池供电的机车电机，但因采用机械开关控制轮流通电，蓄流二极管电路在断电时未能释放能量等因素，电动机的性能（功率因数、运行效率等）不高^[6]。在此后的100多年内，开关磁阻电动机未能引起足够重视。20世纪60年代，大功率晶闸管的兴起促进了开关磁阻电机的发展。1967年，英国的Leeds大学对开关磁阻电动机展开深入研究。20年代70年代，美国的福特公司最早研制出开关磁阻电动机调速系统，结构为轴向分布具有较宽的调速范围，适用于由蓄电池供电的电动车的转动^[7]。1980年，英国Leeds大学对开关磁阻电动机的研究取得了一系列进展，Lawrenson教授及其同事发表了”Variable-Speed Switched Reluctance Motors”，系统介绍了开关磁阻电动机的基本概念、运行原理与设计特点，阐述了新型开关磁阻电动机具有独特优势，应用前景广泛^[8]。1983年，英国TASC公司生产出了Oulton系列的开关磁阻电动机调速产品，引起各国各界的广泛关注。1991年英国的BJD公司应用Leeds大学的专利技术，研制以开关磁阻电动机作为驱动的采煤机，皮带运输机以及蓄电池电机车^[9]。

由于开关磁阻电动机调速系统成本低廉、结构简单、鲁棒性好，问世不久，便引起各国电气传动界的关注：1984-1986年原联邦德国、美国、南斯拉夫、加拿大、埃及、新加坡等相继开展对开关磁阻电动机调速系统运行理论、起动性能、电机结构等方面的研究。

在我国，开关磁阻电动机的研究也紧接世界各国其后。从1984年开始，我国许多单位学习国外的先进理论，研制自己的自主产品。如北京中纺锐利机电有限公司研制的开关磁阻电动机系列产品，已被应用到纺织机械、煤矿工业、航空航天、风机水泵、电动车辆、家用电器等领域。2000年，100kW以上的开关磁阻电动机已应用于采煤机，近年来，180KW的开关磁阻电动机已应用于地铁的机车牵引。我国将开关磁阻电动机列入中、小型电机”八五”、”九五”和”十五”科研规划项目。一些高校，如华南理工大学、华中理工大学（现华中科技大学）、东南大学、南京航空航天大学、浙江大学等院校和研究所，也对此展开研究^[10]。